一、課程背景：為什么選擇“實(shí)驗(yàn)室助手”作為主題？演講人課程背景：為什么選擇“實(shí)驗(yàn)室助手”作為主題？01教學(xué)實(shí)施：從需求分析到作品展示的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)02教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)：從技能到素養(yǎng)的階梯式培養(yǎng)03總結(jié)與拓展：從課堂到生活的技術(shù)思維延伸04目錄2025小學(xué)技術(shù)課創(chuàng)意機(jī)器人之實(shí)驗(yàn)室助手課件作為一名深耕小學(xué)技術(shù)教育十余年的教師，我始終相信：技術(shù)課的魅力不在于灌輸知識(shí)，而在于通過(guò)具體項(xiàng)目激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能。今天要分享的“實(shí)驗(yàn)室助手創(chuàng)意機(jī)器人”課程，正是基于2022版義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)中“數(shù)字化工具與社會(huì)應(yīng)用”主題設(shè)計(jì)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)案例。這門(mén)課不僅要讓學(xué)生掌握機(jī)器人搭建與編程的基礎(chǔ)技能，更要引導(dǎo)他們思考“技術(shù)如何服務(wù)于真實(shí)生活場(chǎng)景”，在解決問(wèn)題的過(guò)程中培育信息意識(shí)、創(chuàng)新思維與責(zé)任擔(dān)當(dāng)。以下，我將從課程背景、教學(xué)目標(biāo)、實(shí)施路徑與總結(jié)反思四個(gè)維度展開(kāi)說(shuō)明。01課程背景：為什么選擇“實(shí)驗(yàn)室助手”作為主題？1政策與學(xué)情的雙重需求2022年《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出“以真實(shí)問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)”的要求。小學(xué)階段的技術(shù)課需要貼近學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)滲透STEM教育理念。觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，我校科學(xué)實(shí)驗(yàn)室常因器材整理不及時(shí)、低年級(jí)學(xué)生操作危險(xiǎn)器材存在安全隱患等問(wèn)題影響教學(xué)效率；而五年級(jí)學(xué)生已掌握基礎(chǔ)的積木搭建與圖形化編程能力（如Scratch、Mind+），具備解決此類(lèi)問(wèn)題的認(rèn)知基礎(chǔ)。將“實(shí)驗(yàn)室助手”作為項(xiàng)目主題，既呼應(yīng)了真實(shí)需求，又能將零散的技術(shù)知識(shí)串聯(lián)成解決問(wèn)題的完整鏈條。2核心素養(yǎng)的具象化載體信息科技課程的核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。“實(shí)驗(yàn)室助手”項(xiàng)目恰好能覆蓋這四個(gè)維度：1信息意識(shí)：通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)需求（如器材分類(lèi)、溫濕度監(jiān)測(cè)），學(xué)會(huì)從場(chǎng)景中提取關(guān)鍵信息；2計(jì)算思維：在設(shè)計(jì)機(jī)械臂抓取邏輯、傳感器協(xié)同工作時(shí)，需要拆解問(wèn)題、建立模型；3數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：運(yùn)用積木套裝、傳感器模塊創(chuàng)造性地解決傳統(tǒng)人力難以高效完成的任務(wù)；4信息社會(huì)責(zé)任：思考“機(jī)器人如何輔助人類(lèi)工作”“技術(shù)應(yīng)用的邊界”等問(wèn)題，培養(yǎng)科技倫理意識(shí)。53跨學(xué)科融合的天然場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)室本身就是科學(xué)（器材特性）、數(shù)學(xué)（機(jī)械臂長(zhǎng)度與角度計(jì)算）、工程（結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性）、技術(shù)（編程控制）的交叉場(chǎng)域。例如，設(shè)計(jì)機(jī)械臂時(shí)需要考慮杠桿原理（科學(xué)），計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度需用到幾何知識(shí)（數(shù)學(xué)），搭建底座要測(cè)試重心平衡（工程），編程實(shí)現(xiàn)抓取邏輯則涉及條件判斷（技術(shù)）。這種融合能幫助學(xué)生打破學(xué)科壁壘，理解知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。02教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)：從技能到素養(yǎng)的階梯式培養(yǎng)1三維教學(xué)目標(biāo)基于課程標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)情分析，我將本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)細(xì)化為三個(gè)維度：1三維教學(xué)目標(biāo)|維度|具體目標(biāo)||------------|----------------------------------------------------------------------------------------------||知識(shí)目標(biāo)|①掌握輪式底盤(pán)、機(jī)械臂、傳感器（紅外測(cè)距、顏色識(shí)別、溫濕度）的功能與連接方式；②理解“感知-決策-執(zhí)行”的機(jī)器人工作邏輯。||能力目標(biāo)|①能根據(jù)實(shí)驗(yàn)室需求設(shè)計(jì)機(jī)器人的功能模塊（如抓取、分類(lèi)、監(jiān)測(cè)）；②能通過(guò)圖形化編程實(shí)現(xiàn)傳感器與執(zhí)行器的協(xié)同工作；③具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決問(wèn)題（如機(jī)械臂抖動(dòng)、傳感器誤觸發(fā)）的能力。||情感目標(biāo)|①激發(fā)對(duì)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的興趣；②體會(huì)“技術(shù)服務(wù)于人”的設(shè)計(jì)理念；③培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度（如調(diào)試時(shí)記錄數(shù)據(jù)）。|2教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：機(jī)器人“感知-決策-執(zhí)行”閉環(huán)的實(shí)現(xiàn)，具體表現(xiàn)為傳感器數(shù)據(jù)采集、編程邏輯設(shè)計(jì)與機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)試的協(xié)同。難點(diǎn)：多傳感器數(shù)據(jù)的融合處理（如同時(shí)識(shí)別顏色與距離）、機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?xún)?yōu)化（如機(jī)械臂抓取時(shí)的重心平衡）。03教學(xué)實(shí)施：從需求分析到作品展示的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)1情境導(dǎo)入：激活真實(shí)問(wèn)題意識(shí)（10分鐘）上課伊始，我會(huì)播放兩段視頻：一段是科學(xué)老師整理實(shí)驗(yàn)室的場(chǎng)景——器材散落在桌面，學(xué)生排隊(duì)等待取用，效率低下；另一段是高年級(jí)學(xué)生誤觸未歸位的酒精燈，險(xiǎn)些發(fā)生安全事故。視頻結(jié)束后拋出問(wèn)題：“如果有一個(gè)‘實(shí)驗(yàn)室助手’機(jī)器人，它應(yīng)該幫我們解決哪些問(wèn)題？”學(xué)生們會(huì)七嘴八舌地討論：“幫我們分類(lèi)擺放試管和燒杯”“提醒老師器材沒(méi)放回原位”“監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室溫度，防止易燃品高溫危險(xiǎn)”……這些來(lái)自學(xué)生的真實(shí)需求，將成為后續(xù)設(shè)計(jì)的核心依據(jù)。2知識(shí)建構(gòu)：拆解“實(shí)驗(yàn)室助手”的核心模塊（15分鐘）為了將模糊的需求轉(zhuǎn)化為可實(shí)現(xiàn)的功能，我會(huì)引導(dǎo)學(xué)生拆解機(jī)器人的“三大核心模塊”：2知識(shí)建構(gòu)：拆解“實(shí)驗(yàn)室助手”的核心模塊（15分鐘）2.1感知模塊：讓機(jī)器人“看見(jiàn)”“感知”展示紅外測(cè)距傳感器、顏色識(shí)別傳感器、溫濕度傳感器的實(shí)物，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景說(shuō)明其作用：紅外測(cè)距傳感器：檢測(cè)器材與機(jī)器人的距離，控制機(jī)械臂啟動(dòng)抓??；顏色識(shí)別傳感器：識(shí)別不同顏色標(biāo)簽的器材（如紅色標(biāo)簽是危險(xiǎn)器材，藍(lán)色是普通器材）；溫濕度傳感器：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，超過(guò)閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)。通過(guò)“小實(shí)驗(yàn)”強(qiáng)化理解：用顏色傳感器對(duì)準(zhǔn)不同顏色的積木，觀(guān)察編程軟件中數(shù)值的變化；用紅外傳感器測(cè)量桌面到機(jī)械臂的距離，記錄有效檢測(cè)范圍。2知識(shí)建構(gòu)：拆解“實(shí)驗(yàn)室助手”的核心模塊（15分鐘）2.2決策模塊：讓機(jī)器人“思考”結(jié)合流程圖講解“感知-決策-執(zhí)行”的邏輯：傳感器采集數(shù)據(jù)→程序判斷是否滿(mǎn)足條件（如距離＜10cm且顏色為藍(lán)色）→觸發(fā)執(zhí)行動(dòng)作（機(jī)械臂下降抓?。Ｓ谩叭绻汀钡纳钫Z(yǔ)言類(lèi)比編程中的條件判斷，降低理解門(mén)檻。2知識(shí)建構(gòu)：拆解“實(shí)驗(yàn)室助手”的核心模塊（15分鐘）2.3執(zhí)行模塊：讓機(jī)器人“行動(dòng)”展示輪式底盤(pán)（負(fù)責(zé)移動(dòng)）、機(jī)械臂（負(fù)責(zé)抓?。?、LED燈/蜂鳴器（負(fù)責(zé)提醒）的結(jié)構(gòu)，拆解機(jī)械臂的組成：底座（旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）、大臂（升降關(guān)節(jié)）、小臂（抓取夾）。通過(guò)實(shí)物演示，對(duì)比“單關(guān)節(jié)機(jī)械臂”與“雙關(guān)節(jié)機(jī)械臂”的抓取范圍差異，引導(dǎo)學(xué)生思考“如何設(shè)計(jì)更靈活的機(jī)械臂”。3方案設(shè)計(jì)：從需求到圖紙的轉(zhuǎn)化（20分鐘）設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是項(xiàng)目的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，我會(huì)提供《需求分析表》和《設(shè)計(jì)草圖模板》，引導(dǎo)學(xué)生分小組完成以下步驟：3方案設(shè)計(jì)：從需求到圖紙的轉(zhuǎn)化（20分鐘）3.1需求優(yōu)先級(jí)排序每個(gè)小組從“器材整理”“安全監(jiān)測(cè)”“數(shù)據(jù)記錄”三類(lèi)功能中選擇2-3項(xiàng)核心功能（如“低年級(jí)組”優(yōu)先選擇“安全提醒”，“高年級(jí)組”選擇“分類(lèi)整理”），并說(shuō)明理由（如“一年級(jí)學(xué)生容易碰倒器材，安全更重要”）。3方案設(shè)計(jì)：從需求到圖紙的轉(zhuǎn)化（20分鐘）3.2結(jié)構(gòu)草圖繪制要求草圖包含：底盤(pán)類(lèi)型（三輪/四輪，是否需要避震）；機(jī)械臂結(jié)構(gòu)（關(guān)節(jié)數(shù)量、長(zhǎng)度）；傳感器位置（如顏色傳感器裝在機(jī)械臂前端，紅外傳感器裝在底盤(pán)前方）；執(zhí)行器布局（LED燈裝在頂部，蜂鳴器裝在側(cè)面）。我會(huì)巡回指導(dǎo)，重點(diǎn)提醒：“機(jī)械臂的長(zhǎng)度要考慮實(shí)驗(yàn)臺(tái)的高度（約75cm），太長(zhǎng)可能碰倒器材，太短夠不到；傳感器的位置要避免被機(jī)械臂遮擋?！?.4搭建與調(diào)試：在試錯(cuò)中深化理解（60分鐘）這是學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的核心環(huán)節(jié)，我將其分為“搭建-初調(diào)-優(yōu)化”三個(gè)階段：3方案設(shè)計(jì)：從需求到圖紙的轉(zhuǎn)化（20分鐘）4.1搭建階段：模塊化組裝提供標(biāo)準(zhǔn)化的積木套裝（含底盤(pán)、機(jī)械臂、傳感器接口），要求學(xué)生按設(shè)計(jì)圖組裝。例如，“安全監(jiān)測(cè)組”先安裝底盤(pán)和溫濕度傳感器，“分類(lèi)整理組”優(yōu)先搭建機(jī)械臂和顏色傳感器。過(guò)程中，我會(huì)提示“先固定底盤(pán)再裝機(jī)械臂，避免重心偏移”“傳感器接口要對(duì)準(zhǔn)主板的對(duì)應(yīng)端口”。3方案設(shè)計(jì)：從需求到圖紙的轉(zhuǎn)化（20分鐘）4.2初調(diào)階段：?jiǎn)文K測(cè)試完成搭建后，分模塊測(cè)試：底盤(pán)測(cè)試：編程控制前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎，觀(guān)察是否卡頓（可能因輪子安裝不水平導(dǎo)致）；機(jī)械臂測(cè)試：控制關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，記錄最大/最小角度（可能因齒輪咬合不緊導(dǎo)致抖動(dòng)）；傳感器測(cè)試：用標(biāo)準(zhǔn)色卡測(cè)試顏色傳感器準(zhǔn)確性，用直尺測(cè)試紅外傳感器測(cè)距誤差（通常誤差在±2cm內(nèi)為合格）。學(xué)生常遇到的問(wèn)題：機(jī)械臂抓取時(shí)搖晃——引導(dǎo)檢查關(guān)節(jié)連接處是否松動(dòng)，建議增加“加強(qiáng)梁”固定；顏色傳感器誤判——檢查是否有強(qiáng)光干擾，建議用遮光罩。3方案設(shè)計(jì)：從需求到圖紙的轉(zhuǎn)化（20分鐘）4.3優(yōu)化階段：多模塊協(xié)同單模塊測(cè)試通過(guò)后，進(jìn)行整體調(diào)試。例如，“分類(lèi)整理組”需要實(shí)現(xiàn)“靠近器材（紅外觸發(fā)）→識(shí)別顏色（顏色傳感器）→抓取并放到對(duì)應(yīng)區(qū)域（機(jī)械臂+底盤(pán)移動(dòng)）”的完整流程。學(xué)生可能發(fā)現(xiàn)“機(jī)械臂抓取后底盤(pán)移動(dòng)時(shí)器材掉落”，這時(shí)需要引導(dǎo)他們分析：是抓取力度不夠（調(diào)整夾爪彈簧），還是移動(dòng)速度太快（編程降低底盤(pán)轉(zhuǎn)速）？通過(guò)反復(fù)調(diào)試，學(xué)生逐漸理解“機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、程序”三者的相互影響。5展示與評(píng)價(jià)：多元視角的成果反饋（20分鐘）展示環(huán)節(jié)采用“項(xiàng)目路演”形式，每個(gè)小組派2名成員講解：1人操作機(jī)器人演示功能，1人介紹設(shè)計(jì)思路（如“我們選擇三輪底盤(pán)，因?yàn)檗D(zhuǎn)彎更靈活；機(jī)械臂設(shè)計(jì)了兩個(gè)關(guān)節(jié)，能抓取實(shí)驗(yàn)臺(tái)邊緣的器材”）。其他小組從“功能實(shí)現(xiàn)度”“創(chuàng)新性”“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性”三方面提問(wèn)（如“如果遇到透明器材，顏色傳感器還能識(shí)別嗎？”“機(jī)械臂最多能抓取多重的器材？”）。教師評(píng)價(jià)注重過(guò)程性：表?yè)P(yáng)“調(diào)試記錄詳細(xì)的小組”（如某組記錄了5次機(jī)械臂優(yōu)化方案），肯定“跨組互助的行為”（如A組分享了遮光罩制作方法，B組解決了底盤(pán)卡頓問(wèn)題）。最后，我會(huì)總結(jié)：“你們的機(jī)器人可能還不完美，但重要的是你們學(xué)會(huì)了用技術(shù)解決真實(shí)問(wèn)題——這就是技術(shù)課的意義?！?4總結(jié)與拓展：從課堂到生活的技術(shù)思維延伸1核心知識(shí)回顧通過(guò)思維導(dǎo)圖回顧本節(jié)課的關(guān)鍵內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)室助手機(jī)器人=感知模塊（傳感器）+決策模塊（編程邏輯）+執(zhí)行模塊（機(jī)械結(jié)構(gòu)）→解決實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)問(wèn)題（效率、安全）。強(qiáng)調(diào)“技術(shù)不是孤立的工具，而是服務(wù)于人的解決方案”。2課后拓展任務(wù)為了延續(xù)學(xué)習(xí)熱情，布置分層任務(wù)：基礎(chǔ)層：優(yōu)化現(xiàn)有機(jī)器人（如調(diào)整機(jī)械臂長(zhǎng)度、修正編程邏輯）；提高層：設(shè)計(jì)“實(shí)驗(yàn)室助手2.0”，增加新功能（如語(yǔ)音交互、自動(dòng)充電）；挑戰(zhàn)層：調(diào)查社區(qū)/家庭中的“低效場(chǎng)景”（如快遞柜取件、書(shū)架整理），嘗試用機(jī)器人思維提出解決方案。3教育價(jià)值升華最后，我會(huì)分享自己的感受：“每次看到學(xué)生為了讓機(jī)械臂多抓取1厘米反復(fù)調(diào)試，為了傳感器少一次誤判修改